PRL导读-2024年133卷20期

[编辑推荐] 一种新的量子通信协议使得量子比特在存储经典数据的容量方面超越了经典比特。

作者在一个光子量子处理器上实施了一项实验，证明了基本量子系统在经典信息存储中的有效性。通过考虑一类简单的二元博弈，分别使用通信资源量子比特和经典比特 (c bit) 进行游戏，从而确立了这一优势。在传统观点中，Holevo and Frenkel-Weiner的no-go定理认为，当发送者和接收者共享随机性或经典相关性时，这种量子优势是无法实现的。然而，作者的结果在没有任何共享随机性的情形下揭示了量子优势。作者的实验涉及开发一种变分三角形偏振仪，使得实现正算符值测量成为可能，这对于确立目标的量子优势至关重要。除了展示单个量子比特的强大通信优势外，作者的工作还为近期量子技术的即时应用铺平了道路。它提供了一种半设备独立的认证方案，用于量子编码-解码系统，并为量子网络中信息的加载和传输提供了一种高效的方法。

（张凡）

Quantum Advantage: A Single Qubit’s Experimental Edge in Classical Data Storage

Chen Ding et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 200201(2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.200201

在过去几年中，离散时间晶体相引起了理论和实验的极大关注。这类系统需要一个看似不可能的组合，即非绝热驱动和有限熵的长时间状态，而令人惊讶的是，这在非遍历系统中是可能的。之前的研究通常依赖于无序性来实现所需的非遍历性；在这里，作者描述了一种在无序、不可积的Ising型系统中构造离散时间晶体（DTC）相的方法。在讨论了相互作用和周期驱动系统展示此类相的一般条件之后，作者提出了一个具体模型并提供了近似的解析论证及直接的数值证据，表明该模型满足条件并显示出对局部周期扰动具有鲁棒性的DTC相位。

（胡坤）

Discrete Time Crystals in Unbounded Potentials

Yevgeny Bar Lev and Achilleas Lazarides

Phys. Rev. Lett. 133, 200401(2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.200401

We study the evolution of conditional mutual information (CMI) in generic open quantum systems, focusing on one-dimensional random circuits with interspersed local noise. Unlike in noiseless circuits, where CMI spreads linearly while being bounded by the light cone, we find that noisy random circuits with an error rate p exhibit superlinear propagation of CMI, which diverges far beyond the light cone at a critical circuit depth t_c ∝p^-1. We demonstrate that the underlying mechanism for such rapid spreading is the combined effect of local noise and a scrambling unitary, which selectively removes short-range correlations while preserving long-range correlations. To analytically capture the dynamics of CMI in noisy random circuits, we introduce a coarse-graining method, and we validate our theoretical results through numerical simulations. Furthermore, we identify a universal scaling law governing the spreading of CMI.

Universal Spreading of Conditional Mutual Information in Noisy Random Circuits

Su-un Lee et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 200402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.200402

Quantum state transferring has been demonstrated using drones via entanglement distribution. Here, we demonstrate the first drone-based quantum task for quantum key distribution (QKD). Compact and polarization-maintaining acquisition, pointing, and tracking systems and QKD modules are developed and loaded on a homemade octocopter with a takeoff weight of 30 kg. Real-time QKD is performed over a 200 m distance with an 8.48 kHz average secret key rate using a polarization-coded decoy-state BB84 protocol. With the capability of secret key distribution using a drone, wireless communication can be expected with enhanced security in the quantum approach between mobile nodes toward a network.

Experimental Demonstration of Drone-Based Quantum Key Distribution

Xiao-Hui Tian et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 200801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.200801

通过充分利用GstLAL管线的性能，作者发表了用LIGO和Virgo在第三次观测运行期间的数据进行匹配过滤搜寻具有高度非重合自转的不对称黑洞双星的结果。作者的目标系统有很强的进动印迹，但现有研究并没有用以探测的最优灵敏度。在测量了由标准自旋对准搜寻带来的灵敏度提升之后，作者报告了对最新版引力波瞬态目录中发现的30个引力波事件进行探测的结果。但是，作者并未找到额外显著引力波候选。作者的结果将假设的不对称、大进动信号的亚群的合并率上限设在  ，其他搜索未发现此结果。因为此上限与LIGO-Virgo-KAGRA合作组最近得出的结果一致，作者的发现排除了尚未发现的进动双星族存在的可能。

Searching for Asymmetric and Heavily Precessing Binary Black Holes in the Gravitational Wave Data from the LIGO Third Observing Run

Stefano Schmidt et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 201401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.201401

[编辑推荐]用十年的数据，冰立方合作组对惰性中微子设置了新的强限制。

本文展示了使用10.7年冰立方数据进行的3+1惰性中微子的搜索结果。作者分析了穿越地球的大气μ中微子，这些中微子的能量范围从0.5到100TeV，并与早期研究相比，在中微子通量和探测器响应的建模方面进行了显著改进。值得注意的是，作者首次将数据分类为起始事件和穿越事件，区分中微子在设备成像体内或外部的相互作用，以提高能量分辨率。对于3+1模型，最佳拟合点为sin²(2θ₂₄) = 0.16和Δm²₄₁ = 3.5 eV²，这与本文的早期版本一致。结果与不假设存在惰性中微子的原假设一致，p值为3.1%。

Search for an eV-Scale Sterile Neutrino Using Improved High-Energy 𝜈_𝜇 Event Reconstruction in IceCube

R. Abbasi et al., (IceCube Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 201804 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.201804

已有研究表明，微扰量子引力中某些状态之间的熵差可以在不指定紫外完备性的情况下进行计算。这与经典统计力学中的情况类似，在经典统计力学中，熵差是有定义的，但绝对熵并不明确。然而，与经典统计力学不同的是，微扰量子引力中计算出的熵差并没有清晰的物理解释。在这里，作者构造了一系列微扰黑洞状态，对于这些状态，其熵差可以被解释为状态的相对计数。从概念上讲，本文以围绕固定黑洞背景的质量波动代数为起点，并指出尽管这是一个I型代数，但它不是一个因子，因此没有熵的规范定义。与之前的工作一样，将质量涨落与量子物质耦合可以将质量代数嵌入一个II型因子中，在这个因子中，熵差（而非绝对熵）是明确定义的。随后证明，对于质量涨落的微正则波函数，II型熵差等于所需额外希尔伯特空间维度的对数，该空间用于通过规范不变的单位算子将一个微正则窗口映射到另一个窗口。文末对更广泛状态类别中的II型熵差进行了评论，其中冯·诺依曼熵差没有物理解释，但“单次”熵差则有。

Relative State Counting for Semiclassical Black Holes

Chris Akers and Jonathan Sorce

Phys. Rev. Lett. 133, 201601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.201601

作者考虑在AdS₅×S⁵的ℤ₂商空间上进行IIB型超引力的研究，作为强耦合的4维𝒩=4超杨-米尔斯理论在ℝℙ⁴空间上的全息对偶，并进行了电荷共轭的规范化。利用自举技术，作者在大中心荷扩展的领先阶中确定了任意权重的1/2-BPS算子的所有二点函数。

Correlators of N=4 Supersymmetric Yang-Mills Theory on Real Projective Space at Strong Coupling

Xinan Zhou (周稀楠)

Phys. Rev. Lett. 133, 201602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.201602

We provide strong evidence that the widely studied real two-Higgs-doublet model is inconsistent under renormalization due to quark-induced divergent 𝐶𝑃 violation (𝐶𝑃V). We identify the necessary ingredients for the 𝐶𝑃V to enter the renormalization-group equations based on symmetry proprieties of the divergent diagrams. We demonstrate that while these ingredients are present starting at six loops, the divergent 𝐶𝑃V is zero at that order due to approximate symmetries. We show that these symmetries are broken at seven loops and determine the parameter dependence of the resulting divergent 𝐶𝑃V.

Is the Real Two-Higgs-Doublet Model Consistent?

Carlos Henrique de Lima and Heather E. Logan

Phys. Rev. Lett. 133, 201801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.201801

This Letter reports a search for charge-parity (𝐶𝑃) symmetry violating nonstandard interactions (NSI) of neutrinos with matter using the NOvA Experiment, and examines their effects on the determination of the standard oscillation parameters. Data from    and    oscillation channels are used to measure the effect of the NSI parameters 𝜖_𝑒𝜇 and 𝜖_𝑒𝜏. With 90% CL the magnitudes of the NSI couplings are constrained to be |𝜖_𝑒𝜇| ≲0.3 and | 𝜖_𝑒𝜏| ≲0.4. A degeneracy at |𝜖_𝑒𝜏| ≈1.8 is reported, and we observe that the presence of NSI limits sensitivity to the standard 𝐶𝑃 phase 𝛿𝐶𝑃.

Search for 𝐶𝑃-Violating Neutrino Nonstandard Interactions with the NOvA Experiment

M. A. Acero  et al., (NOvA Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 201802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.201802

Searches for pair-produced multijet signatures using data corresponding to an integrated luminosity of 128  fb⁻¹ of proton-proton collisions at √𝑠=13  TeV are presented. A data scouting technique is employed to record events with low jet scalar transverse momentum sum values. The electroweak production of particles predicted in 𝑅-parity violating supersymmetric models is probed for the first time with fully hadronic final states. This is the first search for prompt hadronically decaying mass-degenerate higgsinos, and extends current exclusions on 𝑅-parity violating top squarks and gluinos.

Searches for Pair-Produced Multijet Resonances Using Data Scouting in Proton-Proton Collisions at √𝑠=13  TeV

A. Hayrapetyan et al., (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 201803 (2024)

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Szilner等人报道了重离子核子转移反应中的核子-核子关联效应。他们采用具有大立体角的磁谱仪，以高效率和高分辨率测量了²⁰⁶Pb + ¹¹⁸Sn体系中子转移道完整的观测量，这使得他们能够通过详细的激发函数研究很大的核间距范围。基于独立粒子转移机制的耦合道理论给出的结果，与实验测得的单中子和双中子拾取以及削裂反应道的转移概率相符。实验给出的双中子转移截面表明，在对振动核（闭壳核）与对转动核（开壳核）的反应中，关联是通过对增加和对移除模式显现出来的。对增加和对移除构成了原子核激发的基本模式之一。

Quest for Cooper Pair Transfer in Heavy-Ion Reactions: The ²⁰⁶Pb + ¹¹⁸Sn Case

S. Szilner et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 202501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.202501

超短脉冲可以激发或电离分子并填充相干电子波包，从而诱导复杂的动力学。本文中，作者用量子力学模拟了（氘代）苯和氟苯分子不同电子波包电离时所有维度的耦合电子-核动力学。在氟苯中，计算结果揭示了态间和态内量子干涉，这些干涉会在自相关函数的形状上留下清晰的阿秒化学和定向电荷动力学特征。后者与苯和氟苯在实验中的高次谐波光谱测量结果一致。

Signature of Attochemical Quantum Interference upon Ionization and Excitation of an Electronic Wave Packet in Fluorobenzene

Anthony Ferté, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 203201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.203201

作者展示了一种使用超晶格结构的双粒子技术，以获取被捕获在三维光学晶格中的自旋-3铬原子的介观阵列中交替平面之间的关联。利用该方法，作者观察到由长程偶极相互作用驱动的非平衡动力学导致两个空间分离的子系统之间的自旋负相关。作者的双粒子测量揭示了三维偶极相互作用的各向异性与晶格结构的各向异性之间的微妙相互作用，无需单点地址定位。作者将结果与基于截断累积量展开的理论预测进行比较，并使用一种新的集团半经典方法来研究微观尺度上的相关性。与高温解析模型的比较显示出在高负自旋温度下的量子热化现象。

Measuring Bipartite Spin Correlations of Lattice-Trapped Dipolar Atoms

Youssef Aziz Alaoui, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 203401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.203401

[Featured in Physics] [编辑推荐]在量子光产生过程中观察到先前未见的光子延迟，对量子技术的发展具有重要意义。

强驱动的非线性光学过程，如自发参量下转换和自发四波混频，能够产生多光子非经典光束，这些光束在量子信息处理和传感领域有着应用。与低增益区域相比，在高增益区域，由于非经典光与驱动非线性过程的强泵浦光之间的相互作用，会出现新的物理效应。本文中，作者描述并实验观察了在高增益II型自发参量下转换源中产生的多光子脉冲之间的增益诱导群延迟。由于群延迟引入了产生光子之间的可区分性，因此在设计需要强光学非线性的量子干涉装置时，补偿这种群延迟将非常重要。

Gain-Induced Group Delay in Spontaneous Parametric Down-Conversion

Guillaume Thekkadath, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 203601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.203601

在混合量子系统中，不同自由度（如光和机械）之间的纠缠，因在量子技术中有广泛应用前景而备受关注。本文中，作者提出了一种在布里渊活性固态系统中的飞行声学声子与伴随光波之间构建双粒子纠缠的方法。该效应是通过向最先进的波导施加光泵脉冲，激发布里渊斯托克斯过程而实现的。这种脉冲方法在一个与标准光机械设置正交的系统中运行，能够生成抗热涨落的纠缠光子-声子对。作者提出了一种实验平台，通过在双泵配置中同时检测斯托克斯和反斯托克斯光子来读取光声纠缠。所提出的机制具有一个重要特点，即不需要事先准备声子模式的量子基态。

Optoacoustic Entanglement in a Continuous Brillouin-Active Solid State System

Changlong Zhu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 203602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.203602

完全量子控制驻留在量子发射体中的量子比特对光子量子信息技术至关重要。最近，光学活性量子点中的轨道自由度成为一种有前景的候选者。然而，对轨道量子比特进行任意旋转的基本能力仍然难以实现。本文中，作者展示了通过使用皮秒光脉冲实现对空穴轨道量子比特的任意旋转，能够直接控制其相位。这可用辐射性俄歇过程耦合 Λ 系统，在其中诱导受激拉曼跃迁来实现。这种新能力使得无需定时进动就能直接控制布洛赫矢量的极角和方位角。作者的研究结果表明，固态量子发射体中的轨道态可作为高速量子信息处理应用的可行资源。

All-Optical Ultrafast Arbitrary Rotation of Hole Orbital Qubits with Direct Phase Control

Jun-Yong Yan, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 203603 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.203603

作者提出了一种全面的辐射光子器件二次量子化方案。作者通过将光子本征模的连续谱转换为一组离散的伪模，规范地对其进行量子化，从而为量子发射器与电磁环境的相互作用提供了完备且精确的描述。该方法避免了所有热库近似，为量子关联提供了新的见解，并准确地描述了所有非马尔可夫动力学。该方法克服了量子化非厄米系统的挑战，适用于多种纳米光子几何结构。

Exact Quantum Electrodynamics of Radiative Photonic Environments

Ben Yuen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 203604 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.203604

作者提出了一种在与两能级系统耦合的非线性腔中生成量子光的方案，并用理论演示，当通过一系列受控泵浦脉冲激发时，该混合源以高概率生成Fock态。例如，可近乎按需生成单光子态和双光子态，并且生成高达七光子的Fock态的概率超过50%。即使在固定的两能级系统下，非线性腔的可调特性也使得能够生成具有任意频率的Fock态，为量子技术的各个领域创造了全新的机遇。

Hybrid Source of Quantum Light for Generation of Frequency Tunable Fock States

Aleksa Krstić, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 203605 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.203605

[Editors’ Suggestion] The first experimental demonstration of two schemes to enhance the longitudinal coherence of SASE-XFEL pulses shows that the SASE pulse bandwidth can be reduced by up to a factor of three.

X射线自由电子激光器（FEL）是在多个科学领域都有应用的现代研究工具。标准的X射线自由电子激光脉冲由自放大自发辐射（SASE）机制产生。SASE-FEL脉冲功率高、持续时间短且横向相干性优异，但表现出较差的时间相干性，其功率和光谱分布由多个随机分布的尖峰组成。Eduard Prat等人演示了增强SASE-FEL辐射时间相干性的两种模式：模耦合和高亮度SASE。这两种方案都基于在自由电子激光设备的波荡器模块之间放置磁障碍（magnetic chicanes），从而延迟电子束。首先，通过模耦合SASE方案生成的可调节峰值分离的频率梳；接着展示了高亮度SASE机制的原理论证，通过该机制产生的FEL脉冲的带宽比标准的SASE脉冲减少了3倍。实验演示已在SwissFEL的软X射线束线Athos上完成，适用于500至600 eV的光子能量。该项工作将有利于当前的应用并可能开辟需要频率梳或窄带宽的新研究领域。

（王俊伟）

Experimental Demonstration of Mode-Coupled and High-Brightness Self-Amplified Spontaneous Emission in an X-Ray Free-Electron Laser

Eduard Prat et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 205001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.205001

[Editors’ Suggestion] A new model explains the peculiar spectral band structure of the high-frequency interpulse of the Crab pulsar radio emission as diffraction fringes created by the pulsar’s plasma-filled magnetosphere, acting as a frequency-dependent diffraction screen.

Medvedev提出了一种解释蟹状星云脉冲星射电辐射高频脉间（HFIP）光谱“斑马纹”模式的模型，观察到的辐射带是光谱域中的衍射条纹，脉冲星自身充满等离子体的磁层充当了一个频率依赖的“衍射屏”的作用。该模型解释了诸如带间距成比例、高度偏振、恒定方位角等观察到的特征；该模型允许对脉冲星磁层进行“断层成像”。事实上，Medvedev通过观察直接获得了等离子体密度分布，而无需假设特定的磁层结构。该模型具有可验证性，并提出了若干预测。此外，观察到的在与HFIP相同频率下的两个“高频分量”被认为与HFIP有关。

（杨宁）

Origin of Spectral Bands in the Crab Pulsar Radio Emission

Mikhail V. Medvedev

Phys. Rev. Lett. 133, 205201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.205201

碳材料显示出有趣的物理特性，包括石墨烯中的超导性和高各向异性导热性。压缩应变可以诱导碳材料的结构和键转变，并产生新的碳相，但它们与导热性的相互作用在很大程度上仍未被探索。作者利用皮秒瞬态热反射和第一性原理计算研究了压缩石墨相的原位高压导热系数。研究结果表明，在15-20 GPa时，异常导热系数达到260w/mK，但在~ 35 GPa时下降到3.0 W/mK。结合原位拉曼和x射线衍射结果，压缩碳的异常导热趋势归因于声子介导的电导率，电导率受层间屈曲和sp²到sp³转变的影响，随后形成M-碳纳米晶和非晶碳。应变诱导的结构和键变化为碳材料的热性能和机械性能提供了广泛的可能性。

（郭婷）

Anomalous Thermal Transport in Compressed Carbon Phases

Zefang Ye, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206301

[编辑推荐] 长波长下的静态结构因子，通过最近引入的概念——量子权重来表征，具有一个仅由多体陈数决定的下限。

作者证明了具有U(1)对称性的一般多体系统的静态结构因子有一个仅由基态陈数决定的下界。这个界只依赖于因果关系和非负能量耗散，并且适用于大范围的二维有隙系统。作者将该理论应用于（分数）陈绝缘体、（分数）量子自旋霍尔绝缘体、拓扑超导体和手性自旋液体。作者的结果揭示了超越量化响应的拓扑相的普遍特征。

（郭婷）

Topological Bound on the Structure Factor

Yugo Onishi, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206602

[Featured in Physics] Fractional quantum anomalous Hall phases in rhombohedral multilayer graphene.

近期关于菱形堆叠五层石墨烯与六方氮化硼衬底对齐形成的莫尔结构的实验，发现了零磁场下的分数量子霍尔效应。这些（分数）量子反常霍尔 [(F)QAH]相出现在垂直位移场的一定方向下，并且在实验上与谷极化的Chern-1能带的全填充或部分填充相关。本文通过微观理论计算表明，电子-电子相互作用在系统中起关键作用，导致一个近乎平坦、孤立的Chern-1能带以及分数量子反常霍尔相的出现。此外，还研究了四层和六层类似结构，并确定了可能支持分数量子反常霍尔物理的参数条件。

（贾子璇）

Theory of Quantum Anomalous Hall Phases in Pentalayer Rhombohedral Graphene Moiré Structures

Zhihuan Dong, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206502

[编辑推荐] 提出一种通过转角二维磁性范德华双层材料来生成和调控体系的交错磁性的通用方法，提供了稳健、可调的平台，用于探索交错磁性和高效操控自旋流。

作者提出了一种通用方法，能够通过转角二维磁性范德华双层材料来生成和调控体系的交错磁性。研究表明，任何二维范德华材料的转角双层结构都可以实现关键的面内二重旋转对称性操作，通过采用所有的五个二维布拉伐格子中的一个，从而引交错磁性。选择具有特定对称性的范德华单层结构，可以定制任何类型的交错磁性，例如d波、g波和i波。并且，转角交错磁性材料的特性可以很容易地进行设计。以过渡金属氢氧化物VOBr为例，作者发现通过调整转角和费米能级，可以获得一个远超实验值的自旋霍尔角。该方法提供了稳健、可调的平台，用于探索交错磁性和高效操控自旋流。

（贾子璇）

Twisted Magnetic Van der Waals Bilayers: An Ideal Platform for Altermagnetism

Yichen Liu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206702 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206702

[Featured in Physics] 分数量子反常霍尔（FQAH）效应的标准理论框架假定在单粒子水平上存在孤立的平坦chern带。在本文中，作者研究了最近在六方氮化硼排列的五层菱形堆叠石墨烯中观察到的FQAH效应，证明了在具有连续平移对称的模型中，外部莫尔e超晶格势是一个简单的扰动。通过Hartree-Fock计算，作者发现相互作用打开了一个相当大的远带隙，导致在v=1填充处形成一个孤立的窄C=1 chern带。通过精确对角化，作者确定了不同填充的FQAH相。然而，FQAH状态也存在于没有任何外部莫尔势的计算中。作者建议将ν=1的量子反常霍尔（QAH）绝缘体视为具有QAH效应的相互作用驱动的拓扑维格纳晶体，该晶体随后被一个小的莫尔e势所固定，并且在4层、5层、6层和7层石墨烯体系中具有约10 nm的晶体周期。本文的工作为探索拓扑和FQAH之间的相互作用以及在消失的莫尔e势极限下自发晶体形成提供了一个新的方向。作者还提出了一种新的系统，通过另一个控制层的库仑相互作用来产生和控制蜂窝状和三角形的莫尔e超晶格势，该系统可以根据控制层的密度稳定或抑制QAH晶体。

（郭恺怡）

Fractional Quantum Anomalous Hall Effect in Rhombohedral Multilayer Graphene in the Moiréless Limit

Boran Zhou, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206504 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206504

由于其亚皮秒的时间分辨率，相干拉曼光谱已被提出作为自发拉曼测温的可行扩展，以确定非平衡分子过程中模式特定振动能量含量的动力学。本文表明，刺激振动相干的多个激光场的存在引入了额外的量子路径，导致破坏性干涉。这最终降低了单谱线的热灵敏度，使其对谐波振动和温度无关的极化率无效。作者演示了如何利用振动热带等非谐波特征实现相干拉曼测温。

（郭恺怡）

Temperature Dependence of Coherent versus Spontaneous Raman Scattering

Giovanni Batignani, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206902

作者展示了一类窄带半导体薄膜可以通过仅使用外部静电超晶格电势来设计出拓扑平坦的能带。本文证明了，对于实际材料的参数范围，这些能带能够出现相关的拓扑相，如整数和分数量子反常霍尔态以及在零磁场下的复合费米液体相。本文的结果为实现广泛材料中的分数化拓扑状态提供了一条途径。

（马润宇）

Designing Topology and Fractionalization in Narrow Gap Semiconductor Films via Electrostatic Engineering

Tixuan Tan, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.133.206601

光的电场会在非中心对称的绝缘体中诱导出一个与电场强度平方成正比的直流电流，这种电流被称为“移位电流”。从多电子的角度来看，移位电流有一个简单的解释和表述，这深深植根于量子几何之中。在超胞模型中的无序系统中，可以将基本公式应用到独立电子的情况，在晶体系统也可以进行类似推导。在后一种情况下，已知的移位电流公式以非常简单的方式被重新推导出来。

（马润宇）

Geometrical Theory of the Shift Current in Presence of Disorder and Interaction

Raffaele Resta

Phys. Rev. Lett. 133, 206903 (2024)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.133.206903

[Featured in Physics] 近期关于具有衬底诱导莫尔势的菱形五层石墨烯的实验发现，在零磁场下存在Chern绝缘体与分数量子霍尔态。令人意外的是，这些态在莫尔晶格效应较弱的强位移场中出现，并且无需精细调节即可实现。为了解释这些实验现象，本文研究了该几何结构中相互作用电子的模型。通过自洽Hartree-Fock (SCHF)计算，作者发现了具有小能带宽和良好量子几何性质的孤立Chern带。进一步的精确对角化与密度矩阵重正化群计算确认，在无磁场下，该能带可以承载分数量子霍尔态。值得注意的是，该Chern带在宽泛的扭曲角度、四至六层菱形堆叠、不同菱形跃迁参数下均稳定存在；更显著的是，当莫尔势消失时，Chern带在SCHF计算中仍然保持稳定。在此极限下，体系能够同时自发破坏时间反演与平移对称性，形成一种拓扑晶体态，称为“异常霍尔晶体”。本文认为，这是一种在菱形多层石墨烯中构造稳定Chern带的普适机制，为研究电子拓扑性、分数量子化与自发平移对称性破缺的相互作用开辟了新方向。

（范增辉）

Anomalous Hall Crystals in Rhombohedral Multilayer Graphene. I. Interaction-Driven Chern Bands and Fractional Quantum Hall States at Zero Magnetic Field

Junkai Dong (董焌锴), et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206503 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206503

原子级薄的半导体（包括二维材料和量子阱）由于几何约束显著增强了激子效应。因此，这些材料已成为研究和利用激子的基础平台。近期的第一性原理研究表明，声子在体半导体中可显著屏蔽电子-空穴相互作用并改变激子性质。虽然原子级薄半导体的激子特性已成为广泛理论研究的主题，但声子屏蔽在原子级薄结构中的作用尚未被探讨。本研究通过第一性原理GW-Bethe-Salpeter方程计算发现，声子屏蔽对原子级薄半导体的光学激发具有显著影响，且声子屏蔽的程度可通过结构工程进行调控。本文专注于嵌入AlN的原子级薄GaN量子阱，并通过筛选确定周边材料AlN中的特定声子。这些声子会显著改变单层GaN中的最低激子态。该研究为原子级薄半导体中结构属性、声子特性与激子性质间的相互作用提供了超越标准模型的新直觉，并为未来实验提供了新的启示。

（范增辉）

Phonon Screening of Excitons in Atomically Thin Semiconductors

Woncheol Lee, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206901

交变磁体（AM）是一种新发现的磁态，它巧妙地将铁磁性和反铁磁性结合在一起，是磁性材料领域的重大突破。尽管实验验证了一些典型的AM材料，如MnTe和MnTe₂，但追求具有更大自旋分裂和更高转变温度的AM材料仍然是必不可少的。本文的研究重点是CrSb，它具有高达700 K的奈尔温度和接近费米能级（EF）的巨大自旋分裂。利用高分辨率角分辨光谱学和密度泛函理论计算，研究人员精心绘制了CrSb的三维电子结构。研究人员得到的CrSb（0001）和（1010）解理的光电发射光谱结果共同揭示了AM诱导的能带分裂的前所未有的细节，并随后通过对自旋分裂的角度和光子能量依赖的定量分析确定了其独特的体g波对称性。此外，观测到的自旋分裂在费米能级附近达到0.93 eV，是所有已证实的AM材料中最显著的。这篇文章不仅验证了CrSb作为g波AM材料原型的性质，而且强调了其在自旋电子学中的开创性应用中的关键作用。

（温博阳）

Large Band Splitting in g-Wave Altermagnet CrSb

Jianyang Ding, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206401

在外部磁场存在的情况下，基塔耶夫模型可以容纳能隙拓扑任意子或能隙马约拉纳费米子。在α-RuCl₃中，有能隙和无能隙情况仅被面内磁场矢量旋转30°分开。谱隙的存在与否是理解α-RuCl₃中热输运行为的关键。本文研究了α-RuCl₃中导热系数振荡特征的各向异性。作者研究了固定外场下导热系数（κ//a, κ//b）的振荡特征，并发现了能隙（B//a）和无能隙（B //b）情况下的不同行为。此外，作者还跟踪了热电阻率（λa）随面内磁场从B// B到B//a的旋转的演变及其振荡特征。热电阻率λ(B, ϕ)在场致基塔耶夫自旋液相出现前后表现出明显的旋转对称性。这些结果表明，α-RuCl₃中导热系数的振荡特征与假设的Kitaev自旋液相及其激发密切相关。

（温博阳）

Anisotropic Thermal Conductivity Oscillations in Relation to the Putative Kitaev Spin Liquid Phase of α-RuCl₃

Heda Zhang, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206603 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206603

利用克利福德代数对明确依赖于占用、未占用或部分占用轨道的函数进行了严格的形式化，并建立了变分原理，以促进轨道（和占位）优化作为正式的实施方法。从理论上讲，这些方法规避了原始 Kohn-Sham 方法和相关方法的局限性，尤其是当相互作用系统的电子密度与非相互作用参考系统的电子密度不一致时。作者从一个新颖的角度重新定义了轨道（和占位）函数，将其定位为不仅是传统密度函数的扩展，而且是更优越、更严格的替代方法。

（刘然）

Rigorous Formalization of Orbital Functionals

Neil Qiang Su

Phys. Rev. Lett. 133, 206402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206402

自发对称性破缺和最近的纠缠是量子物质的两大基石。作者引入了各向异性纠缠有序相的概念，即自旋-赝自旋纠缠的空间轮廓自发地将底层晶体的四倍旋转对称性降低为两倍，而电荷密度则保持完全对称。由此产生的相位（称之为纠缠 Smectic 和纠缠条纹）表现出丰富的Goldstone模式谱和一系列相变，这些相变是底层各向异性的函数。作者讨论了这种各向异性纠缠相的实验结果，将它们与更传统的电荷或自旋条纹区分开来。作者对纠缠和自发对称性破缺之间相互作用的讨论，主要集中在实现纹理维格纳晶体的多组分量子霍尔系统上，石墨烯中可能出现这种情况，摩尔系统中也可能出现这种情况，从而突出了可能的纠缠有序相的丰富景观和特性。

（刘然）

Entanglement Smectic and Stripe Order

Nilotpal Chakraborty, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206604 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206604

无限层镍酸盐Nd_1−xSr_xNiO₂的超导性迄今为止仅在薄膜中实现，对衬底和界面的作用提出了疑问。考虑到与它们的合成相关的挑战，必须确定它们的内在性质。作者利用共振非弹性x射线散射研究了SrTiO₃封盖层对Nd_1−xSr_xNiO₂ (x=0和0.2)激发的影响。不考虑封盖时，在母体和20 %掺杂的Nd_1−xSr_xNiO₂中观察到自旋激发，这证明磁性是无限层镍酸盐固有的，并出现在其相图的重要部分。在母体和超导Nd_1−xSr_xNiO₂中，与未封盖样品相比，封盖样品的自旋激发略微硬化。此外，在~ 0.6 eV处较弱的Ni-Nd电荷转移峰表明，在封盖样品中，Ni 3d和Nd 5d轨道之间的杂化减少了。从本文的数据来看，封盖只引起Nd_1−xSr_xNiO₂的微小差异，作者基于SrTiO₃-NdNiO₂界面的重建和其他机制（如晶体无序）从现象学上讨论了这些差异。

（段青卓）

Capping Effects on Spin and Charge Excitations in Parent and Superconducting Nd_1−xSr_xNiO₂

S. Fan, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206501

通过电流控制纳米器件的面外磁化对于推进自旋电子器件中的高影响数据存储和非易失性逻辑技术起着关键作用。然而，平面内磁化材料比平面外磁化材料更容易获得，但在开关效率和磁化稳定性方面不太受欢迎。这是由于它们的开关势垒较大，导致在常用的自旋转移扭矩或自旋轨道扭矩的磁随机存取存储器中具有较高的临界开关电流。在这里，作者提出使用电压控制双磁子转矩来切换超低能耗磁随机存取存储器的平面内磁化。在该机制中，磁单子作为自旋角动量的载流子和动量传递介质，而不是电自旋电流在自旋传递力矩或自旋轨道力矩中的载体。作者分析了两个例子的微观机制，并证明其有效性：Co(MoTe₂)₂和HgInP₂O₆单层。该机制克服了垂直磁化的限制，避免了焦耳热，从而为磁性材料的电操作提供了更多的途径。

（段青卓）

Voltage-Controlled Bimeron-Torques Switching of In-Plane Magnetization

Dongxing Yu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 206701 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.206701

从高能物理到介观物理，量子散射在实验物理和理论物理中有着广泛应用。本文中，Jacob等人揭示了量子系统与具有任意动能的粒子非弹性散射能量涨落的普适关系。具体证明了一个描述能量吸收和释放过程之间不对称、且依赖于非单一底层量子映射的涨落关系，并推导出一个平均能量交换界。当粒子动能与系统能量相当时，能量释放过程占主导；但在出现常见涨落关系的高动能情况下，不会发生能量释放过程。该结果提供了在系统驱动源是散射过程中辅助量子粒子(auxiliary quantum particle)情况下，一个统一的能量涨落视角。

Universal Energy Fluctuations in Inelastic Scattering Processes

Samuel L. Jacob et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 207101 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.207101

退钉扎相变临界点表现为淬火随机介质中慢驱动弹性界面表现出的幂律分布式雪崩。本文中，Laurson证明了相对于平均界面高度或不同初始局部界面曲率的不同起始高度雪崩在弹性作用下会受不同超额驱动力的影响，因此非平均场系统"全局"临界点附近的雪崩可以分为亚临界、临界和超临界三类。不对称界面高度分布导致了额外的超临界雪崩，表现为雪崩尺寸分布截断处的"凸点"。

Criticality of Interface Depinning and Origin of “Bump” in the Avalanche Distribution

Lasse Laurson

Phys. Rev. Lett. 133, 207102 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.207102

湍流是物理学中最难且久未解决的基础问题。Kochurin等人对三维声学弱波和强波湍流进行了直接数值模拟。作者证明了弱湍流中Zakharov-Sagdeev谱 ∝k^-3/2在弱色散和无色散情况下成立。这种光谱在𝑘空间中伴随着窄锥形的喷流(jet)。与色散或衍射相比，这样的分布是由于弱非线性而实现的。由于非线性效应占主导，无色散情况下增加的泵浦导致了激波(shock)的形成。因此，声学湍流变成了由Kadomtsev-Petviashvili谱随机激波组成的流场。

Three-Dimensional Acoustic Turbulence: Weak Versus Strong

E. A. Kochurin and E. A. Kuznetsov

Phys. Rev. Lett. 133, 207201 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.207201

宏观系统会呈现颗粒型解。自发对称性破缺会导致这些解向不同的方向移动，而随机涨落的加入会诱导它们运行(running)和翻滚(tumbling)。Humire等人研究了一维含噪斑图形成模型中局域结构的运行和翻滚。从统计角度研究了局域结构的动力学，尤其是均方位移随时间的变化。其最初表现为扩散行为(diffusive behavior)，然后被弹道行为(ballistic behavior)所取代，最后又表现为扩散行为。作者推导出了能够揭示其动力学起源的局域结构位置和速度最小模型。

Running and Tumbling Localized Structures: A Non-Brownian Motion

F. R. Humire et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 207202 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.207202

非线性动力学的一个重要发展是发现了奇美拉态，奇美拉态描绘了相同耦合振子中同步和异步共存状态。奇美拉态的识别和特征描述是目前理论和应用研究的热门领域。本文中，Li等人揭示了一种在反应扩散介质中被称为"自组织靶波奇美拉态"的新奇美拉态，其中同步靶波自发地从由异步振子组成的起搏器中涌现。这种机制与普遍接受的观点相左，即同步靶波只能由组成起搏器的个体以同步方式产生。作者描述了自组织靶波奇美拉态的特征，给出了这种机制存在的相图，并进一步分析了靶波奇美拉态涌现的底层现象学机制。该研究证实了反应扩散介质中靶波奇美拉态的存在，并加深了对奇美拉态出现的通常理解。

Self-Organized Target Wave Chimeras in Reaction-Diffusion Media

Bing-Wei Li et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 207203 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.207203

[Featured in Physics] [编辑推荐]一项新的基于频率的大脑神经元记录分析可能会让人们深入了解帕金森氏症等脑部疾病。

最近的分析利用了先进的理论技术和来自大脑各区域同时记录的数千个神经元的高质量数据，这有力地支持了神经动力学在不稳定边缘附近运行的假设。然而，与此相关的分析往往无法捕捉大脑活动的复杂时间结构，因为它们主要依赖于神经元间的时间集成测量。R. Calvo等人提出了一个新的框架，旨在探索不同频段的临界特征，并构建了一个更全面的大脑活动描述。此外，他们介绍了一种将大脑活动投射到时空模式基上的方法，促进了随时间变化的维数降低。将该框架应用于脑磁图数据集，他们观察到健康受试者和帕金森病患者之间临界特征、有效维度和时空活动模式的显著差异，从而突显其重要地位。

（张一鸣）

Frequency-Dependent Covariance Reveals Critical Spatiotemporal Patterns of Synchronized Activity in the Human Brain

R. Calvo et al.

Phys. Rev. Lett. 133 208401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.208401

Kant等人通过一系列实验，辅以机械细节仿真，展示了通过少量可定向的运动颗粒自组装成一个活跃的极化单层膜，进而实现硬珠流体的体相凝结。在准一维几何结构中，两层方向相反的单层膜将凝结的非活动组分固定住。他们通过一个具有自然非互易Cahn-Hilliard结构的连续介质理论解释他们的观察结果，该理论所预测的趋势与他们在不同堆积分数下的实验观察一致。

（张一鸣）

Bulk Condensation by an Active Interface

R. Kant et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 208301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.208301

在铁电向列液晶相（NF）的突破性发现之后，一系列密切相关的新极性相也相继被发现。其中一个特别有趣的是铁电层状A相（SmAF），在NF领域的一些材料中观察到其具有沿层面法线方向的自发极化。在此，A. Erkoreka等人提出了一个平均场分子模型，该模型成功地通过两个参数捕捉了文献中实验观察到的丰富相图。此外，他们还在展示SmAF相的化合物中进行二次谐波生成、X射线衍射和双折射测量，以确定合适的序参量，并与模型预测进行比较。

（张一鸣）

Mean-Field Theory of the Uniaxial Ferroelectric Smectic A Liquid Crystal Phase

A. Erkoreka et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 208101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.208101